高温高压海底管道侧向屈曲与轴向移动机理研究

摘要

随着海洋油气资源的快速开发，海底管道在海洋油气运输中得到了广泛应用。为了满足运输工艺的要求，石油需要在高温高压条件下输送，但这样会导致海底管道膨胀产生较高的轴向力，诱发整体屈曲和轴向移动现象的发生。因此研究高温高压条件下管道整体屈曲和轴向移动机理具有较高的理论价值和工程意义。本文采用有限元分析的方法，对海底管道侧向屈曲和轴向移动现象产生机理和模拟方法进行了系统的研究，并探索了两者的相互作用机制。具体研究内容如下：
　　总结国内外管道屈曲的理论，充分理解并掌握管道侧向屈曲的研究现状以及研究面临的困难，在此基础上建立了含有初始缺陷管道的非线性有限元模型，模型考虑了管道几何非线性、材料非线性和管土非线性相互作用，通过与文献中解析方法和试验结果的对比，验证有限元方法的正确性。
　　针对不同初始几何缺陷、管土相互作用形式、管道截面形状的海底管道，采用ABAQUS软件建立非线性有限元模型，并采取改进的Riks方法对海底管道侧向屈曲特性进行分析，模拟不同参数下管道前屈曲和后屈曲形态，并考虑内压对管道屈曲特性的影响。
　　建立非线性循环温度作用下的短直管道有限元模型，揭示短管道轴向移动现象的形成原因及发展规律，考虑管土摩擦和管道内压施加方式对管道轴向移动速率的影响，总结减缓管道轴向移动速率的方法。
　　建立了平坦海床上含有初始缺陷管道的非线性有限元模型，探讨了管道侧向屈曲与轴向移动之间的相互作用机制，分析了两种不同管土接触模型下，管道的屈曲特性与轴向移动速率的关系。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容

第二章 高温高压海底管道侧向屈曲研究

2.1管道屈曲的经典理论

2.2有限元屈曲分析的理论基础

2.3管道侧向屈曲数值模拟方法

2.4管道非线性有限元模型

2.5侧向屈曲参数敏感性分析

2.6内压对管道侧向屈曲的影响

2.7管道抗屈曲方法

2.8本章小结

第三章 高温高压海底管道轴向移动现象研究

3.1管道膨胀现象

3.2短直管道轴向移动解析计算

3.3短直管道轴向移动数值模拟

3.4管土摩擦对管道轴向移动的影响

3.5管道内压对轴向移动的影响

3.6管道轴向移动现象的减缓方法

3.7本章小结

第四章 管道侧向屈曲与轴向移动相互作用研究

4.1屈曲管道的有效轴向力分布

4.2二折线管土模型下管道侧向屈曲与轴向移动相互作用

4.3三折线管土模型下管道侧向屈曲与轴向移动相互作用

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢